波长与频率

想象一只鸭子浮在平静的湖面上，涟漪一圈圈从它身边滚过。两个简单的问题就能描述这些涟漪。波峰之间相隔多远？那段距离就是波长。每秒有多少个波峰经过鸭子？那个数目就是频率。每一种波，包括每一种光，都能用这同样两个数来描述，而且只要知道其一就能求出另一个。

对光而言，波长（常用希腊字母 λ 表示）和频率（常用希腊字母 ν 表示）由一条简单规则绑在一起：波长乘以频率等于光速，而光速对所有光都相同。因为它们的乘积是固定的，两者此消彼长：波长长则频率低，波长短则频率高。波长跨越惊人的范围，从无线电波的数千米，一直短到伽马射线的比原子核还小。可见光我们用纳米（十亿分之一米）来量；红光约700纳米，紫光约400纳米。

这两个数是天文学家用来描述和归类光的实用把手。同一个波段可以用任一者标注：射电天文学家通常报频率（兆赫、吉赫），而光学和红外天文学家通常报波长（纳米、微米）。频率还直接连着光子的能量（能量等于普朗克常数乘以频率），所以“频率更高”“波长更短”“能量更大”说的是同一回事。当来自遥远星系的光在抵达我们的途中被拉伸时，被拉长的正是波长、降低的正是频率——这就是红移的根本。